啤酒生產(chǎn)廢水A/O雙膜法處理后續(xù)化學(xué)除磷研究

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(嘉應(yīng)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015)

中國(guó)是全球最大啤酒生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，2017年中國(guó)啤酒產(chǎn)量為4401.5萬(wàn)千升，啤酒廢水年產(chǎn)量約為4億m3[1]。啤酒廢水主要為糖化、發(fā)酵、罐裝等車間所排放的廢液及設(shè)備和管道清洗水、地面沖洗水，是一種中高濃度的有機(jī)廢水，其中還含有氮磷等污染物，排入外環(huán)境會(huì)造成水體污染并引起富營(yíng)養(yǎng)化[2]。

目前啤酒廢水的處理方法以生化法為主，但由于生物法除磷效果有限，隨著國(guó)家和地方對(duì)排水標(biāo)準(zhǔn)的逐漸提升，使得啤酒廠面臨徹底除磷的難題，生物除磷很難滿足要求，化學(xué)除磷是現(xiàn)有處理工藝的很好補(bǔ)充[3-5]。

本文針對(duì)廣東省某啤酒分裝廠經(jīng)過(guò)A/O雙膜法處理后的生產(chǎn)廢水，探討生物處理出水中磷超標(biāo)時(shí)利用鐵鹽和鋁鹽兩種常用絮凝劑輔以化學(xué)除磷，探討投藥量、pH值等反應(yīng)條件對(duì)除磷效率的影響，從而選擇合適的絮凝劑使出水達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，為啤酒廢水化學(xué)除磷的實(shí)際工程應(yīng)用提供借鑒和參考。

1 儀器和試劑

1.1 儀器

自封手提式壓力蒸汽消解器；PHS-25型PH計(jì)；磁力加熱攪拌器79-1；上皿電子天平JA2003；721分光度光度計(jì)；HC-TP11-2架藥物天平；50mL具塞比色管、1000mL燒杯、量筒、移液管、容量瓶等。

1.2 試劑

1.2.1 藥品

硫酸、氫氧化鈉、過(guò)硫酸鉀、抗壞血酸、鉬酸鹽、酚酞等。

1.2.2 除磷藥劑

(1)六水合三氯化鐵(FeCl3·6H2O)(廣州化學(xué)試劑廠產(chǎn))，含量≧99.7%，分析純(A.R.)，相對(duì)分子量=270.30。

(2)聚合氯化鋁{[Al(OH)n·Cl3-n]m}(河南許昌科盈化工實(shí)業(yè)公司產(chǎn))，含Al2O3≧30%。

(3)聚丙烯酰胺(中國(guó)醫(yī)藥(集團(tuán))上海化學(xué)有限公司產(chǎn))，含量≧85%，相對(duì)分子量≧300萬(wàn)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 TP分析測(cè)定原理

本實(shí)驗(yàn)的廢水水樣取自廣東省某啤酒分裝廠經(jīng)過(guò)A/O雙膜法處理后的啤酒廢水出水，原水水樣水質(zhì)pH值為7.2；TP為4.16mg/L。

廢水水樣中TP的測(cè)定采用GB11893-89 總磷的測(cè)定：鉬酸銨分光光度法。原水樣中的TP的濃度為C1，處理后濾液中TP的濃度為C2，經(jīng)處理后的水樣中磷的去除量C=C1-C2。磷的去除率：η=[(C1-C2)/C1]×100%。根據(jù)磷的去除率跟絮凝劑的投入量及其他條件的關(guān)系可以直觀地了解各個(gè)參數(shù)對(duì)除磷效果的影響。

2.2 不同絮凝劑的除磷實(shí)驗(yàn)方案

2.2.1 相同pH值(原水pH值)，絮凝劑不同投加量的實(shí)驗(yàn)方案

取若干只1000mL大燒杯，各取原水水樣500mL，分別加入不同量的1%三氯化鐵溶液、1%聚合氯化鋁溶液，在磁力攪拌器上快速攪拌1min，再加入1mL的0.1%聚丙烯酰胺溶液作為助凝劑，快速攪拌1min，再慢攪10min后停止攪拌，靜置30min后取其上層清液測(cè)定廢水中剩余磷的含量[6-7]。

2.2.2 相同絮凝劑投加量，不同pH值對(duì)除磷效果的實(shí)驗(yàn)方案

同一水樣相同絮凝劑量下，不同pH值實(shí)驗(yàn)。取3只1000mL的大燒杯，各取原水水樣500mL。其中一只燒杯裝pH值=7.2的原水水樣，另兩只燒杯中的原水水樣pH分別用NaOH溶液和硫酸溶液將pH值調(diào)至6、6.5、7、7.5、8共五個(gè)梯次，然后分別加入不同量的三氯化鐵溶液進(jìn)行除磷實(shí)驗(yàn)。

改用聚合氯化鋁溶液作絮凝劑，調(diào)節(jié)原水水樣不同的pH值在不同絮凝劑用量下進(jìn)行同樣的操作。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同絮凝劑投加量對(duì)除磷效果的影響

圖1 三氯化鐵投加量與TP去除率關(guān)系圖

三氯化鐵不同投加量對(duì)總磷去除率的處理結(jié)果如圖1。從圖1可看出，在聚丙烯酰胺協(xié)同作用下，三氯化鐵的總磷去除效率隨著投藥量的上升而上升，原廢水水樣在三氯化鐵的投加量為90mg/L以上時(shí)，處理后水樣中剩余TP含量可達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。三氯化鐵投加量為110mg/L時(shí)，處理后水樣中剩余TP含量為0.26mg/L，總磷去除率為93.85%，此時(shí)去除率較高且之后再增加投藥量對(duì)去除率的提升作用不大。鑒于除磷效果及加藥處理成本的綜合考慮，本研究選用三氯化鐵溶液投加量110mg/L作為對(duì)原水除磷的最佳投藥量。

圖2 聚合氯化鋁投加量與TP去除率關(guān)系圖

聚合氯化鋁不同投加量對(duì)總磷去除率的處理結(jié)果如圖2。在聚丙烯酰胺協(xié)同作用下，聚合氯化鋁除磷效果隨著用量的遞增而遞增，在投加量大于120mg/L時(shí)可以達(dá)到90%以上去除效率，而當(dāng)藥劑用量大于140mg/L后，其除磷效率反而降低。分析原因如下：若投加量不足，絮凝劑不能與污水中的磷充分反應(yīng)，在絮體沉淀后，仍有一部分未被絮凝，致使剩余磷含量較高；若投加過(guò)量，則絮體間的架橋作用所必須的粒子表面吸附點(diǎn)被絮凝劑所包裹，使架橋所需的粒子表面活性點(diǎn)不足，而使得絮凝劑顆粒間的吸附架橋作用變得困難，以致處理效果下降[8]。因此，鑒于工藝成本及除磷效果綜合考慮，本研究選用聚合氯化鋁溶液140mg/L投加量作為對(duì)原水除磷的最佳投藥量，此時(shí)處理后水樣中剩余TP含量為0.2mg/L，總磷去除率為95.27%，出水可達(dá)標(biāo)。

3.2 不同pH值對(duì)除磷效果的影響

圖3 不同pH值與TP去除率關(guān)系圖

鑒于該啤酒分裝廠處理出水pH主要集中在6～8之間，本實(shí)驗(yàn)pH值選擇6、6.5、7、7.5、8共五個(gè)梯度。在最佳投藥量下，不同pH值對(duì)除磷效率的結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3中可看出pH值的變化對(duì)三氯化鐵和聚合氯化鋁的除磷效果都不會(huì)有太大的影響，都能夠維持在90%以上的去除率，所以為了操作方便，建議在原水pH值時(shí)投加最佳藥量即可達(dá)到比較理想的除磷效果。

4 結(jié)論

(1)啤酒廢水僅僅采用單純的生物除磷，往往難于滿足啤酒廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此結(jié)合排放要求和經(jīng)濟(jì)因素，必要時(shí)考慮采取化學(xué)輔助除磷。

(2)在聚丙烯酰胺的協(xié)同作用下，三氯化鐵和聚合氯化鋁對(duì)啤酒廢水中磷均有較好的去除效果，除磷效率可達(dá)到90%以上，處理后總磷排放可達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)啤酒廢水除磷工程可針對(duì)不同的處理水質(zhì)特點(diǎn)和處理要求，并結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析選擇較適宜的化學(xué)除磷絮凝劑。